Combinando a capnografia volumétrica e pletismografia barométrica para medir a relação estrutura-função do pulmão
Summary
Aqui, descrevemos duas medidas de função pulmonar – pletismografia barométrica, que permite a medição do volume pulmonar e capnografia volumétrica, uma ferramenta para medir o espaço morto anatômico e uniformidade de vias aéreas. Estas técnicas podem ser usadas independentemente ou combinadas para avaliar a função de vias aéreas em volumes pulmonares diferentes.
Abstract
Ferramentas para medir o volume do pulmão e vias aéreas são críticas para pulmonares pesquisadores interessados em avaliar o impacto das terapias doença ou romance no pulmão. Pletismografia barométrica é uma técnica clássica para avaliar o volume pulmonar, com uma longa história de uso clínico. Capnografia volumétrica utiliza o perfil de dióxido de carbono exalado para determinar o volume das vias aéreas conduzindo, ou espaço morto e fornece um índice de homogeneidade de vias aéreas. Estas técnicas podem ser usadas independentemente ou em combinação para avaliar a dependência do volume de vias aéreas e homogeneidade no volume pulmonar. Este documento fornece instruções técnicas detalhadas para replicar essas técnicas e nossos dados representativos demonstram que o volume de vias aéreas e homogeneidade estão altamente correlacionados com volume pulmonar. Nós igualmente fornecemos uma macro para a análise dos dados Amonitorização, que podem ser modificados ou adaptados para caber diferentes desenhos experimentais. A vantagem dessas medidas é que as suas vantagens e limitações são suportadas por décadas de dados experimentais, e podem ser feitos repetidamente no mesmo assunto sem equipamento caro de imagens ou algoritmos de análise avançada tecnicamente. Estes métodos podem ser particularmente úteis para os investigadores interessados em perturbações que alteram tanto a capacidade residual funcional do volume pulmonar e das vias aéreas.
Introduction
Técnicas de lavagem de gás têm sido utilizadas há décadas para fornecer informações importantes sobre a estrutura e a uniformidade da árvore das vias respiratórias. O pulmão é classicamente descrito como tendo dois compartimentos – uma zona de condução que é composta o espaço morto anatômico e zona respiratória, onde a troca gasosa ocorre nos alvéolos. As vias aéreas realizando são denominadas como “dead space”, porque não participam na troca de oxigênio e dióxido de carbono. No método de esmaecimento de gás única respiração, o perfil de concentração de um gás exalado pode ser usado para determinar o volume do espaço morto anatômico e de informação sobre a uniformidade da ventilação. Alguns métodos baseiam-se na respiração de gases inertes para fazer estas medidas (N2, argônio, ele, SF6, etc.). O uso de gás inerte é bem estabelecido, suportado pelo consenso científico instruções1, e existem equipamentos comerciais disponíveis com interfaces de usuário amigável. No entanto, o perfil exalado de dióxido de carbono (CO2) pode ser usado para derivar informações semelhantes. Avaliar o perfil de CO2 em função do volume exalado ou capnografia volumétrica, não exige que o participante a respirar misturas de gases especiais e permite que o investigador reunir informações adicionais flexìvel sobre metabolismo e gás intercâmbio com ajuste mínimo para a técnica.
Durante uma expiração controlada, a concentração de CO2 pode ser plotada contra o volume total expirado. No início de uma exalação, o espaço morto é preenchido com gás atmosférico. Isto reflecte-se na fase I do exalado CO2 perfil onde há uma quantidade detectável de CO2 (Figura 1, top). Fase II marca a transição para o gás alveolar, onde ocorre trocas gasosas e CO2 é abundante. O volume no ponto médio da fase II é o volume do espaço morto anatômico (VD). Fase III contém gás alveolar. Porque vias aéreas com diferentes diâmetros de vazios em taxas diferentes, a inclinação (S) da fase III fornece informações sobre a uniformidade de vias aéreas. Uma inclinação mais íngreme da fase III sugere um menos árvore uniforme das vias aéreas proximal aos bronquíolos terminais ou homogeneidade de convecção-dependente2. No caso onde uma perturbação pode alterar a taxa de produção de CO2 e fazer comparações entre indivíduos, a inclinação pode ser dividida pela área sob a curva para normalizar as diferenças no metabolismo (NS ou inclinação normalizada). Capnografia volumétrica foi usada anteriormente para avaliar as alterações no volume de vias aéreas e seguinte uniformidade de ar poluente exposição3,4,5,6.
Transporte de gás no pulmão é governada pela difusão e convecção. Medidas de esmaecimento de respiração são altamente dependentes do fluxo de ar e o valor medido de VD ocorre no limite de convecção-difusão. Muda a taxa de fluxo da expiração ou inalação anterior altera o local do que limite o7. Capnografia é também altamente dependente do volume do pulmão imediatamente anterior a manobra. Maiores volumes de pulmão dilatar as vias aéreas, resultando em maiores valores de VD8. Uma solução é tornar consistentemente a medição no mesmo volume pulmonar – capacidade residual funcional normalmente (FRC). Uma alternativa, descrito aqui, é para casal capnografia volumétrica com pletismografia barométrica, a fim de obter a relação entre VD e volume pulmonar. O participante, em seguida, executa a manobra em taxas de fluxo constante, enquanto a variação do volume pulmonar. Isto permite ainda para clássico Amonitorização medidas deve ser feito na CRF, mas também para a relação entre o volume pulmonar e o volume de espaço morto e o volume pulmonar e a homogeneidade deve ser derivado. Com efeito, o valor acrescentado do acoplamento capnografia com pletismografia provém a capacidade de testar hipóteses sobre a distensibilidade da árvore de vias aéreas e a relação estrutura-função do pulmão. Isto pode ser uma ferramenta valiosa para pesquisadores com o objetivo de quantificar a influência de vias aéreas mecânica contra o pulmão de conformidade e elastância na função pulmonar em populações saudáveis e doentes9,10,11 . Além disso, a contabilidade para o volume de pulmão absoluta em que estão sendo realizadas as medições volumétricas Amonitorização permite que os investigadores caracterizar os efeitos das condições que podem alterar o estado de inflação do pulmão, tais como obesidade, pulmão transplante, ou intervenções como cintas de parede torácica. Capnografia volumétrica no final pode ter utilidade clínica na UTI configuração12,13.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, um protocolo para a medição de homogeneidade deD e de vias aéreas em alta definição V (inclinação) é fornecido. Estas medições podem ser feitas na CRF, ou em função do volume pulmonar. CRF de medição antes do início do experimento e depois uma perturbação permite VD e inclinação ser plotada em função do volume pulmonar e pode fornecer informações úteis sobre a relação estrutura-função do pulmão que não é obtido a partir Capnografia no FRC sozinho.
<p class="j…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo departamentos de saúde e fisiologia humana e medicina interna na Universidade de Iowa. Este trabalho também foi apoiado pela bolsa ouro velho (Bates) e Grant IRG-15-176-40 da sociedade americana de câncer, administrada através do Holden Comprehensive Cancer Center em The University of Iowa (Bates)
Materials
| Computer with dual monitor | Dell Instruments | ||
| PowerLab 8/35* | AD Instruments | PL3508 | |
| LabChart Data Acquisition Software* | AD Instruments | Version 8 | |
| Gemini Respiratory Gas Analyzer* (upgraded option) | CWE, Inc | GEMINI 14-10000 | *indicates that part is available in the Exercise Physiology package from AD Instruments |
| Heated Pneumotach with Heater Controller* (upgraded option) | Hans Rudolph, Inc | MLT3813H-V | |
| 3L Calibration Syringe | Vitalograph | 36020 | |
| Nose Clip* | VacuMed | Snuffer 1008 | |
| Pulse Transducer* | AD Instruments | TN1012/ST | |
| Barometer | Fischer Scientific | 15-078-198 | |
| Flanged Mouthpiece* | AD Instruments | MLA1026 | |
| Nafion drying tube with three-way stopcock* | AD Instruments | MLA0343 | |
| Desiccant cartridge (optional for humid environments)* | AD Instruments | MLA6024 | |
| Resistor | Hans Rudolph, Inc | 7100 R5 | |
| Flow head adapters* | AD Instruments | MLA1081 | |
| Modified Tubing Adapter (optional) | AD Instruments | SP0145 | |
| Two way non-rebreather valve (optional)* | AD Instruments | SP0146 | |
| Plethysmograph | Vyaire | V62J | |
| High Purity Helium Gas | Praxair | He 4.8 | |
| 6% CO2 and 16% O2 Calibration Gas | Praxair | Custom | |
| Microsoft Excel | Microsoft | Office 365 |
References
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